Figur 1: Pendel. Tyngden P av loddet (massepunktet) i en pendel kan tenkes erstattet av en kraft F, som trekker loddet mot likevektsstillingen, og en kraft S, som trekker loddet i pendelsnoren. Når loddet passerer likevektsstillingen loddrett under opphengningspunktet, er kraften F lik null, men loddet har fart og fortsetter mot motsatt side. Loddet blir nå påvirket av en kraft som er rettet mot bevegelsen, og som vokser med utslaget. Til slutt stopper loddet og begynner å bevege seg innover mot likevektsstillingen igjen. Pendelens svingetid er uavhengig av pendelens masse (tyngde) og av utslagenes størrelse, såfremt de er små. Svingningene er isokrone.
Figur 2: Grafisk fremstilling av en dempet svingning.
Svingning er en periodisk bevegelse omkring en likevektsstilling eller en variasjon omkring en middelverdi. I fysikk er svingninger en svært alminnelig bevegelsesform og opptrer for eksempel i lyd, atomer og i elektriske svingninger. En svingning kan også beskrives som en pendling mellom bevegelsesenergi (kinetisk energi) og stillingsenergi (potensiell energi).
oscillasjon
Figur 1 viser en svingende pendel. Den er eksempel på en mekanisk svingebevegelse. Andre typer systemer kan også anta en svingebevegelse, for eksempel i en elektrisk svingekrets der en kondensator og en spole er koplet i serie.
I figuren er det tyngdekraften som får pendelen til å henge loddrett med loddet i laveste stilling, likevektsstillingen. Blir loddet trukket ut til siden vil det bevege seg langs en sirkelbane og komme høyere i tyngdefeltet. Da får det stillingsenergi. Blir loddet sluppet, vil tyngdekraften trekke det tilbake. Da får loddet fart og går forbi likevektsstillingen med maksimal bevegelsesenergi til det stopper i en ytterstilling på motsatt side. Så beveger loddet seg mot likevektsstillingen igjen. Pendelen begynner å svinge.
Det største utslaget til hver side kalles amplituden. Tiden som går med fra pendelen er i en ytterstilling og til den er tilbake i samme ytterstilling, kalles perioden. Antall perioder i et sekund kalles frekvens. En pendel har stillingsenergi i ytterstillingene og bevegelsesenergi i likevektsstillingen. Slik energiveksling opptrer i alle svingeformer.
Når et legeme som svinger er utsatt for en kraft mot likevektsposisjonen som er proporsjonal med avstanden fra likevektsposisjonen, kalles svingningen en harmonisk svingebevegelse. En slik bevegelse kan matematisk beskrives med en sinus- eller cosinusfunksjon.
Et svingedyktig system kommer i svingninger hvis det bringes ut av sin likevektsstilling, og så overlates til seg selv. Men nesten all bevegelse møter friksjon i en eller annen form. I praksis er derfor alle frie svingninger dempet, svingeamplituden avtar og blir til slutt null. Svingningsenergien vil da etter hvert omsettes i andre energiformer, for eksempel varme eller stråling. Ved mekaniske svingninger skyldes dempningen ulike former for friksjon, mens ved elektromagnetiske svingninger skyldes dempningen resistans (ohmsk motstand) og utstråling av elektromagnetiske bølger.
Dempede svingninger karakteriseres ved hvor hurtig den maksimale amplituden avtar med tiden. Ved sterk dempning vil et system, om det bringes ut av likevekt, ikke svinge, men bare bevege seg langsomt tilbake mot likevektsstillingen. Et slikt system kalles overdempet eller, hvis dempningen er stor nok til å hindre at likevektsstillingen passeres, kritisk dempet.
Et system kan også svinge med en annen frekvens enn sin egenfrekvens, hvis det påvirkes av en regelmessig gjentatt kraft. Da utfører systemet tvungne svingninger. Hvis kraften som virker på et system har en rytme som er lik systemets egenfrekvens, kommer systemet i resonans. Utslagene kan da bli svært store.
Såkalte elastiske svingninger er svært alminnelige. Eksempler på slike er maskinvibrasjoner, rystelser, svingninger i musikkinstrumenter, all lyd og så videre.
Dersom flere svingesystemer virker på hverandre med krefter som gjensidig påvirker hverandres svingninger, blir det omtalt som koblede svingninger. Figur 3 viser en koblet svingning for et svingesystem som består av to pendler som henger i samme snor.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.